Einfluss der inneren Eigenschaften von Schweißverbindungen auf die langzeitige Schweißnahtgüte

Das Schweißen von Kunststoffen gehört zu einem der wichtigsten Weiterverarbeitungsverfahren in der heutigen Kunststofftechnik. Hinsichtlich der Produktqualität sind die Bauteile mit einer ausreichenden Schweißnahtgüte zu fügen. Aber besonders die Ermittlung der Schweißnahtgüte erweist sich oftmals als problematisch. Die heutigen Kurzzeitprüfverfahren differenzieren die mechanischen Eigenschaften nur grob und die Langzeitprüfverfahren erfordern einen hohen Zeit- und Kostenaufwand. Die mechanischen Eigenschaften einer Schweißverbindung werden maßgeblich durch ihre inneren Eigenschaften bestimmt. Unter den inneren Eigenschaften sind durch den Schweißprozess hervorgerufene Morphologieänderungen. Orientierungen oder thermische Eigenspannungen zu verstehen. Aus werkstoffkundlicher Sicht ist es bisher unklar gewesen, wie und in welcher Höhe sich die einzelnen inneren Eigenschaften auf die Schweißnahtgüte auswirken. In dieser Arbeit wird der Einfluss der inneren Eigenschaften von Schweißverbindungen auf die langzeitigen mechanischen Eigenschaften am Beispiel der heizelementgeschweißten polyolefinen Werkstoffe, Polypropylen (PP) und Polyethylen hoher Dichte (PE-HD), bewertet. Die umfassenden Untersuchungen zu den inneren Eigenschaften machen den Einfluss thermisch induzierter Eigenspannungen auf die langzeitige Schweißnahtgüte deutlich. Die Modellbildung erklärt mit Hilfe der FEM-Simulation die Entstehung und Ausbildung thermischer Eigenspannungen in Schweißverbindungen in Abhängigkeit ausgewählter Verfahrensparameter. Um die Ergebnisse der FEM-Simulation zu verifizieren sind systematisch Heizelementschweißverbindungen aus PP und PE unter breiter Variation der gütebeeinflussenden Parameter hergestellt worden. Die Ermittlung der Schweißnahtgüte erfolgt durch unterschiedliche mechanische Kurzzeit-Prüfungen und der Langzeitprüfung im Medienzeitstand-Zugversuch. Die Zusammenhänge zwischen den maßgeblichen Prozessparametern, den mechanischen und inneren Eigenschaften der Schweißverbindungen werden gezielt durch umfangreiche mikroskopische, thermische und physikalische Analysemethoden ermittelt und bewertet.